摘 要 便攜式動(dòng)態(tài)心電信號(hào)數(shù)據(jù)采集器是現(xiàn)代動(dòng)態(tài)心電圖分析系統(tǒng)的重要組成設(shè)備。介紹以單片機(jī)為核心的智能心電數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的原理，詳細(xì)論述了硬件設(shè)計(jì)的要點(diǎn)及數(shù)據(jù)預(yù)處理軟件的有關(guān)算法。

    關(guān)鍵詞： 單片機(jī) 心電信號(hào) 數(shù)據(jù)采集

    心電圖是心臟疾病診斷的重要工具之一，然而在臨床中一些心臟病患者在短時(shí)間內(nèi)其心電圖并無(wú)異常。這樣就要花相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間在醫(yī)院中作觀察診斷，從而給病人和醫(yī)院都造成了不必要的麻煩。為此，動(dòng)態(tài)心電圖分析處理系統(tǒng)便應(yīng)運(yùn)而生，該系統(tǒng)可以分為兩大部分，一是攜帶在被檢查者身上的袖珍心電圖信號(hào)采集器，另一為由微機(jī)系統(tǒng)組成的心電圖處理診斷系統(tǒng)。被檢查者配帶了心電圖數(shù)據(jù)采集器后可離開(kāi)醫(yī)院，其一天的動(dòng)態(tài)心電信號(hào)由采集器記錄下來(lái)，然后交院方將記錄的數(shù)據(jù)回送微機(jī)心電圖處理系統(tǒng)中進(jìn)行分析，作出正確的診斷。目前此類系統(tǒng)大多為歐美產(chǎn)品，價(jià)格昂貴，國(guó)內(nèi)的研究尚處在起步階段。由于所需存儲(chǔ)的信息量大，目前的典型產(chǎn)品大多采用高精度的盒式磁帶機(jī)作為數(shù)據(jù)記錄盒。從原理上來(lái)說(shuō)，不可避免地存在磁頭的機(jī)械磨損問(wèn)題。同時(shí)，磁頭的清潔度、機(jī)械振動(dòng)及走帶的穩(wěn)定性都會(huì)影響心電信號(hào)記錄的準(zhǔn)確性。另外，將磁帶上記錄的數(shù)據(jù)回送微機(jī)系統(tǒng)時(shí)，還需專用設(shè)備，其回送的速度相對(duì)也較慢。隨著單片機(jī)技術(shù)的發(fā)展，特別是超大容量存儲(chǔ)器的出現(xiàn)，我們采用以單片機(jī)為核心，擴(kuò)充大容量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的方式，徹底彌補(bǔ)了由磁帶式數(shù)據(jù)記錄器造成的上述不足。

    １ 心電數(shù)據(jù)采集器的硬件設(shè)計(jì)

    1.1 基本硬件結(jié)構(gòu)

    心電數(shù)據(jù)采集器的整個(gè)電路主要包括心電信號(hào)放大電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、外接實(shí)時(shí)時(shí)鐘、單片機(jī)、程序存儲(chǔ)器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、與IBM PC的并行通訊接口等。其基本原結(jié)構(gòu)如圖１所示。

    采集器采集的信號(hào)為雙通道心電信號(hào)。大容量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器擴(kuò)展采用端口擴(kuò)展譯碼。關(guān)于輸入過(guò)載保護(hù)、采樣、A/D轉(zhuǎn)換、與 IBM  PC并行通訊、外接實(shí)時(shí)時(shí)鐘等問(wèn)題已有相當(dāng)多的文獻(xiàn)作了介紹，本文不再詳述。下面主要就心電信號(hào)的專用放大電路和心電數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)校零技術(shù)進(jìn)行論述。

    1.2 輸入信號(hào)放大電路

    該心電數(shù)據(jù)采集器的二組差動(dòng)輸入信號(hào)是通過(guò)電極取自人體表皮的緩變微弱信號(hào)，其值不超過(guò)５mV。我們采用二級(jí)放大器構(gòu)成放大電路，其結(jié)構(gòu)如圖２所示。

    第一級(jí)由A1、A2和A3組成同相并聯(lián)差動(dòng)運(yùn)算放大電路。為了取得最佳的低頻響應(yīng)，必須將該級(jí)的輸入端直接耦合到電極上，因此我們將該級(jí)的增益設(shè)計(jì)得較低，以減小該級(jí)的輸入偏流，避免使電極極化產(chǎn)生高壓。A1、A2組成同相差動(dòng)帶增益的電壓跟隨器，大大提高了電路的輸入阻抗，它對(duì)共模信號(hào)有很高的抑制比，對(duì)差模信號(hào)的放大倍數(shù)為： 

    A3為一獨(dú)立的差動(dòng)式放大器，調(diào)節(jié)Rf可使電阻對(duì)稱，減小誤差，進(jìn)一步提高共模抑制比。通過(guò)計(jì)算可得第一級(jí)的綜合放大倍數(shù)為

    第二級(jí)由A4形成同相比例放大電路，其放大倍數(shù)為32。

    二級(jí)放大總的增益為800。由于心電信號(hào)的頻率范圍要求放大器具有0.04～150Hz的帶寬，所以利用第二級(jí)放大器A4，通過(guò)C1和C2組成了有源帶通濾波電路，以抑制干擾。